Fizikçiler keşfedilen buzun bir saatte 1.000 milin üzerinde nasıl büyüdüğünü keşfettiler

Fizikçiler, buzun egzotik bir biçiminin saatte 1.000 milin üzerinde nasıl büyüdüğünü keşfediyor: Fizikçiler, ilk kez “Buz VII” nin nasıl oluştuğunu ve bunun galaksinin başka yerlerindeki yaşam için ne anlama geldiğini araştırıyor.

Ekim ayının başlarında Physical Review Letters dergisinde yayınlanan araştırmalar, “Buz VII” olarak bilinen egzotik bir su fazının, yabancı gezegen okyanuslarında bulunan atmosferik koşullar altında saatte 1.000 milin üzerine çıkabileceğini gösteriyor.

Su, üç ana fazda (katı, sıvı ve gaz) bulunur ve kapladığı faz atmosferik basınç ve sıcaklığın bir işlevidir. Katı su formu - buzun kendi kendine ait birçok fazı vardır, ancak bunların çoğu son derece düşük sıcaklıklarda mevcuttur (ancak bazıları basınç yeterince yüksek olduğu sürece 1300 derecelik fahrenhayt sıcaklıklarında bulunabilirler.

Buz fazları, buz kristallerindeki atomların şekline göre ayrılır. Örneğin, bir içeceği soğutmak için kullandığınız buz Ih olarak bilinir. “H”, altıgenin kısaltmasıdır; bu, buzun bu fazındaki oksijen atomlarının oluşturduğu şekildir. Su, toplam 17 teorik buz fazından beş farklı buz fazına (Ih, buz III, buz V, buz VI ve buz VII) doğrudan dönüştürülebilir. Buz sayısındaki her artış, bu fazı oluşturmak için gereken basınç artışına karşılık gelir.

Buz VII, bu yılın başlarında, dünyanın yüzeyinin 400 milin üzerinde oluşturulmuş elmaslarla kapana kısılmış olarak keşfedildi. Bu tesadüfi keşif, Dünya’nın çekirdeğinde sıvı suyun bulunduğunu, ama aynı zamanda ilk kez buzun bir laboratuvarın dışında görüldüğünü ortaya koydu.

Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarlarındaki teorisyenler, buzun bu egzotik fazın yabancı okyanus gezegenlerinde nasıl oluştuğunu açıklamaya yardımcı olan “çekirdeklenme” olarak bilinen bir süreç olan buzun VII’ye nasıl geçiş gösterdiğini göstermiştir.

Resim: LLNL

Suyun VII. Faza geçişini incelemek için, çeşitli laboratuvarlardaki araştırmacılar, tipik olarak deniz suyundaki atmosferik basıncın 100.000 katından daha büyük basınçlarda sıvı suları kısaca sıkıştırmak için şok dalgalarını kullanırlar. Bununla birlikte, konu, bu farklı deneylerin, suyun buza nasıl geçiş yaptığını açıklamakta birbiriyle çelişmesidir VII. Örneğin, bir deney buz kabuğunun kabuğunun yüzeyinde oluşmaya başladığını ve daha sonra tüm örnek donduruluncaya kadar yoluna devam ettiğini, diğer deneylerin çoğunun buzun tüm örnek boyunca ve şaşırtıcı derecede hızlı oranlarda homojen olarak oluştuğunu gösterdiğini öne sürdü. Bir durumda, bir su örneği sadece 10 nanosaniyede buz VII’ye geçti.

LLNL’deki bir fizikçi ve makalenin baş yazarı Philip Myint, “Şok sıkıştırma ile yaratılan koşullar, sistemin çekirdeklenmesi için muazzam bir itici güç ürettikleri için sıra dışı.” Dedi. “Sıvı, dengesizlikten öylesine çabuk uzaklaşıyor ki, geçici nükleasyon olarak bilinen bir süreç, kümelerin ortaya çıkması için ek zaman alıyor.”

Bu, ilk defa, bir dizi buz VII deneyinde homojen çekirdeklenmenin “neredeyse anında” oluştuğunu açıklar. Bazı deneylerin, kap ve su arasındaki sınırdan başlayarak buz VII nükleasyonunu göstermesinin nedeni, diğerlerinin örnek boyunca gerçekleştiğini gösterdiğini, numunenin sıcaklığının yanı sıra suya uygulanan basınç seviyeleri ile ilgili olduğunu göstermiştir.

Belirli bir basınç seviyesine kadar buz VII, numunenin kenarlarında oluşmaya başlayacak ve yoluna girecektir. Bu kritik eşiğin ötesinde, buz, örnek boyunca homojen bir şekilde oluşacaktır. Ancak bu, yalnızca sıvı suyun oluşmakta olan buz kristallerinden farklı bir sıcaklık olması durumunda ortaya çıkar. Simülasyonlarında, LLNL fizikçileri ayrıca buz VII’nin, örnek boyunca hızla yayılmadan önce 100 molekül kümelerinde oluştuğunu keşfettiler.

LLNL’de buz VII oluşumu üzerine yapılan çalışma, suyla kaplı olan dışsal gezegenler üzerinde yaşam arayan astrobiyologlara yardımcı olacaktır. Su bildiğimiz kadarıyla yaşam için bir ön koşul olsa da, bazı aşırı durumlarda astrofiziksel fenomenler, bir gezegenin okyanuslarının çoğunun buza dönüştüğü ve hayatın ortaya çıkışını engelleyen bir senaryo ile sonuçlanabilir.

LLNL’deki bir fizikçi olan Fizik Merkezi’ne verdiği demeçte, “Bu okyanus dünyalarındaki su, göktaşları ya da kuyruklu yıldızlar gibi diğer gezegenlerin bombardımanı altında yaşamın devam edemeyeceği büyük değişikliklere uğruyor” dedi. “Bu gezegensel etki olaylarından gelen patlamaların başlattığı şok dalgası, Dünya yüzeyinde bulunan suyun 10,000 kat üzerinde bir basınca sıkıştırabilir ve suyun buzun donmasına neden olabilir.”